本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)及其低速端位置判定方法。

背景技術(shù)：

1、機(jī)器人關(guān)節(jié)是機(jī)器人身體的重要組成部分；它們?cè)试S機(jī)器人進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作；機(jī)器人關(guān)節(jié)通常由電機(jī)、傳感器和連接器組成；電機(jī)是關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力，傳感器用于監(jiān)測(cè)關(guān)節(jié)的位置和力量，而連接器則用于連接關(guān)節(jié)的各個(gè)部分；通過(guò)控制機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，可以使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的任務(wù)和動(dòng)作，如抓取物體、行走、甚至跳躍；機(jī)器人關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與控制是機(jī)器人工程師的重要任務(wù)之一；他們需要考慮關(guān)節(jié)的可靠性、可控性和運(yùn)動(dòng)范圍，以確保機(jī)器人能夠完成預(yù)定的任務(wù)；機(jī)器人關(guān)節(jié)也需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，以確保它們的正常運(yùn)行；將來(lái)，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)機(jī)器人關(guān)節(jié)將越來(lái)越先進(jìn)和靈活，以應(yīng)對(duì)更多復(fù)雜的任務(wù)和環(huán)境；在對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端的位置進(jìn)行判定時(shí)，采用在低速端安裝編碼器或者防止霍爾傳感器的方式進(jìn)行檢測(cè)和判定，占用空間大，且檢測(cè)成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服在對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端的位置進(jìn)行判定時(shí)，采用在低速端安裝編碼器或者防止霍爾傳感器的方式進(jìn)行檢測(cè)和判定，占用空間大，且檢測(cè)成本高的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括有驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)殼體，角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括有差速齒輪機(jī)構(gòu)，差速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)置于驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上，驅(qū)動(dòng)器設(shè)置于電機(jī)殼體的內(nèi)部，差速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)置于電機(jī)殼體的一側(cè)，差速齒輪機(jī)構(gòu)與電機(jī)殼體固定連接。

3、優(yōu)選的，通過(guò)設(shè)置差速齒輪機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)差速齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)齒輪的角度位置讀取驅(qū)動(dòng)器輸出端的角度位置，且相對(duì)于傳統(tǒng)的判斷驅(qū)動(dòng)器輸出端角度的方案，該差速齒輪機(jī)構(gòu)僅在驅(qū)動(dòng)器下方增加了一個(gè)齒輪的高度，節(jié)約率空間，且同時(shí)無(wú)需增加精度很高的編碼器，節(jié)約了成本。

4、作為優(yōu)選，差速齒輪結(jié)構(gòu)包括有從動(dòng)齒輪、殼體支架、主動(dòng)齒輪和轉(zhuǎn)子支架，轉(zhuǎn)子支架與驅(qū)動(dòng)器的輸出軸固定連接，從動(dòng)齒輪設(shè)置于殼體支架上，殼體支架設(shè)置于電機(jī)殼體的側(cè)壁上，主動(dòng)齒輪設(shè)置于轉(zhuǎn)子支架上，主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪嚙合。

5、作為優(yōu)選，角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)還包括有電路板，電路板上設(shè)置有位置編碼器，從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪上鑲嵌有位置編碼器磁鐵，位置編碼器磁鐵用于與位置編碼器配合，實(shí)現(xiàn)位置編碼器通過(guò)線性霍爾讀取從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的即時(shí)角度。

6、作為優(yōu)選，在計(jì)算程序資源不足的情況下，從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為：

7、b：c＝a：1；

8、其中，b為從動(dòng)齒輪的齒數(shù)，c為主動(dòng)齒輪的齒數(shù)，a為驅(qū)動(dòng)器的減速比。

9、作為優(yōu)選，在計(jì)算程序資源充足的情況下，從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為：

10、b:c＝a:(a+1)或者b:c＝a:(a-1)。

11、優(yōu)選的，通過(guò)設(shè)置兩種差速齒輪的齒輪比，第一種方案中對(duì)齒輪的精度要求較高上，且背隙帶來(lái)的震動(dòng)會(huì)影響過(guò)程中的位置，且會(huì)占用采樣資源，但計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，第二種方案中對(duì)齒輪精度要求稍低，且背隙對(duì)上電后的位置不造成影響，不占用第二編碼器讀數(shù)資源，因此可以滿足不同情況的使用需求，通用性更強(qiáng)。

12、一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端位置判定方法，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比不相同時(shí)，采用不同的計(jì)算方法對(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸出端的即時(shí)角度進(jìn)行計(jì)算，其中，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為b：c＝a：1時(shí)，可采用根據(jù)從動(dòng)齒輪即時(shí)角度推斷驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度的方法，其中，原理公式為w＝w11-w12，其中，w為驅(qū)動(dòng)器的輸出端相對(duì)于零位位置的角度，w12為從動(dòng)齒輪的即時(shí)角度，w11為從動(dòng)齒輪的零位角度。

13、作為優(yōu)選，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為b：c＝a：1時(shí)，還可采用根據(jù)主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪的即時(shí)角度推斷驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度的方法，其中，原理公式為：w＝w0+圈數(shù)*6.28+w22-w21，其中，w0＝w11-w12，w22為主動(dòng)齒輪的即時(shí)角度，w21為主動(dòng)齒輪的零位角度。

14、作為優(yōu)選，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為b:c＝a:(a+1)時(shí)，可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

15、w＝(w11-w12)-(w22-w21)。

16、作為優(yōu)選，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為b:c＝a:(a-1)時(shí)，可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

17、w＝(w22-w21)-(w11-w12)。

18、作為優(yōu)選，在從動(dòng)齒輪與主動(dòng)齒輪的齒數(shù)比為b:c＝a:(a+1)或b:c＝a:(a-1)時(shí)，還可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

19、w＝w0+圈數(shù)*6.28+w22-w21；

20、其中，w0＝w11-w12。

21、本發(fā)明的有益效果：

22、1、相較于現(xiàn)有技術(shù)中在對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端的位置進(jìn)行判定時(shí)，采用在低速端安裝編碼器或者防止霍爾傳感器的方式進(jìn)行檢測(cè)和判定，占用空間大，且檢測(cè)成本高；該機(jī)器人關(guān)節(jié)通過(guò)設(shè)置差速齒輪結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)檢測(cè)差速齒輪結(jié)構(gòu)的中齒輪的角度以及角度差，實(shí)現(xiàn)對(duì)低速端的角度判定，占用空間小，且成本低，便于推廣和使用；

23、2、通過(guò)設(shè)置差速齒輪機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)差速齒輪機(jī)構(gòu)中的兩個(gè)齒輪的角度位置讀取驅(qū)動(dòng)器輸出端的角度位置，且相對(duì)于傳統(tǒng)的判斷驅(qū)動(dòng)器輸出端角度的方案，該差速齒輪機(jī)構(gòu)僅在驅(qū)動(dòng)器下方增加了一個(gè)齒輪的高度，節(jié)約率空間，且同時(shí)無(wú)需增加精度很高的編碼器，節(jié)約了成本；

24、3、通過(guò)設(shè)置兩種差速齒輪的齒輪比，第一種方案中對(duì)齒輪的精度要求較高上，且背隙帶來(lái)的震動(dòng)會(huì)影響過(guò)程中的位置，且會(huì)占用采樣資源，但計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，第二種方案中對(duì)齒輪精度要求稍低，且背隙對(duì)上電后的位置不造成影響，不占用第二編碼器讀數(shù)資源，因此可以滿足不同情況的使用需求，通用性更強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)器人關(guān)節(jié)；其特征在于：包括有驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括有驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)殼體(1)，角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)包括有差速齒輪機(jī)構(gòu)，差速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)置于驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上，驅(qū)動(dòng)器設(shè)置于電機(jī)殼體(1)的內(nèi)部，差速齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)置于電機(jī)殼體(1)的一側(cè)，差速齒輪機(jī)構(gòu)與電機(jī)殼體(1)固定連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于：差速齒輪結(jié)構(gòu)包括有從動(dòng)齒輪(2)、殼體支架(5)、主動(dòng)齒輪(4)和轉(zhuǎn)子支架(3)，轉(zhuǎn)子支架(3)與驅(qū)動(dòng)器的輸出軸固定連接，從動(dòng)齒輪(2)設(shè)置于殼體支架(5)上，殼體支架(5)設(shè)置于電機(jī)殼體(1)的側(cè)壁上，主動(dòng)齒輪(4)設(shè)置于轉(zhuǎn)子支架(3)上，主動(dòng)齒輪(4)與從動(dòng)齒輪(2)嚙合。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于：角度檢測(cè)結(jié)構(gòu)還包括有電路板，電路板上設(shè)置有位置編碼器，從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)上鑲嵌有位置編碼器磁鐵，位置編碼器磁鐵用于與位置編碼器配合，實(shí)現(xiàn)位置編碼器通過(guò)線性霍爾讀取從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的即時(shí)角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于：在計(jì)算程序資源不足的情況下，從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于：在計(jì)算程序資源充足的情況下，從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)及其低速端位置判定方法，其特征在于：在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比不相同時(shí)，采用不同的計(jì)算方法對(duì)驅(qū)動(dòng)器的輸出端的即時(shí)角度進(jìn)行計(jì)算，其中，在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為b：c＝a：1時(shí)，可采用根據(jù)從動(dòng)齒輪(2)即時(shí)角度推斷驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度的方法，其中，原理公式為w＝w11-w12，其中，w為驅(qū)動(dòng)器的輸出端相對(duì)于零位位置的角度，w12為從動(dòng)齒輪(2)的即時(shí)角度，w11為從動(dòng)齒輪(2)的零位角度。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端位置判定方法，其特征在于：在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為b：c＝a：1時(shí)，還可采用根據(jù)主動(dòng)齒輪(4)與從動(dòng)齒輪(2)的即時(shí)角度推斷驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度的方法，其中，原理公式為：w＝w0+圈數(shù)*6.28+w22-w21，其中，w0＝w11-w12，w22為主動(dòng)齒輪(4)的即時(shí)角度，w21為主動(dòng)齒輪(4)的零位角度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端位置判定方法，其特征在于：在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為b:c＝a:(a+1)時(shí)，可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端位置判定方法，其特征在于：在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為b:c＝a:(a-1)時(shí)，可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端位置判定方法，其特征在于：在從動(dòng)齒輪(2)與主動(dòng)齒輪(4)的齒數(shù)比為b:c＝a:(a+1)或b:c＝a:(a-1)時(shí)，還可通過(guò)以下公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)器輸出端的即時(shí)角度：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)及其低速端位置判定方法；技術(shù)問(wèn)題：在對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端的位置進(jìn)行判定時(shí)，采用在低速端安裝編碼器或者防止霍爾傳感器的方式進(jìn)行檢測(cè)和判定，占用空間大，且檢測(cè)成本高；技術(shù)方案：一種機(jī)器人關(guān)節(jié)及其低速端位置判定方法，包括有差速齒輪機(jī)構(gòu)；本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)中在對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)的低速端的位置進(jìn)行判定時(shí)，采用在低速端安裝編碼器或者防止霍爾傳感器的方式進(jìn)行檢測(cè)和判定，占用空間大，且檢測(cè)成本高；該機(jī)器人關(guān)節(jié)通過(guò)設(shè)置差速齒輪結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)檢測(cè)差速齒輪結(jié)構(gòu)的中齒輪的角度以及角度差，實(shí)現(xiàn)對(duì)低速端的角度判定，占用空間小，且成本低，便于推廣和使用。

技術(shù)研發(fā)人員：汪洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京靈足時(shí)代科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10